- •Міністерство освіти і науки України Харківський національний університет імені в. Н. Каразіна Теоретичні основи та способи розв’язання задач з аналітичної хімії
- •Вступне слово
- •Основні позначення
- •1. Величини, що визначають склад
- •1.1. Хімічний склад
- •Розв’язок. Масова концентрація дорівнює
- •1.2. Стехіометричні розрахунки за рівнянням реакції
- •1.3. Вправи
- •2. Закон дії мас. Алгебра хімічних реакцій
- •2.1. Загальні співвідношення
- •2.2. Активності та рівноважні концентрації
- •Позначення констант рівноваг
- •2.3. Лінійні комбінації реакцій
- •2.4. У який бік зміщено рівновагу реакції?
- •2.5. Як записувати реакції у лабораторних журналах?
- •2.6. Вправи
- •3. Концентраційно-логарифмічні діаграми (клд)
- •3.1. Клд для гетерогенних систем
- •3.2. Графіки логарифмів розчинності
- •3.3. Вправи із гетерогенних систем
- •3.4. Умови переважання в гомогенних системах
- •3.5. Ускладнення у визначенні областей переважання
- •3.6. Клд для систем із одноядерними комплексами
- •3.7. Зміна ядерності реагентів
- •3.8. Вправи із гомогенних систем
- •4. Баланс компонентів
- •4.1. Загальні принципи
- •4.2. Підстановка рівнянь здм у рівняння балансу
- •4.3. Одноядерні продукти
- •4.4. Фази постійного складу
- •4.5. Вправи Гомогенні системи
- •5. Розрахунки за балансом компонентів
- •5.1. Буферні розчини
- •5.2. Стехіометричні співвідношення концентрацій
- •Кислотно-основні рівноваги
- •5.3. Ієрархія макро- та мікрокомпонентів
- •5.4. Гетерогенні системи
- •5.5. Кількісний вимір буферних властивостей
- •5.6. Вправи Буферні розчини
- •Стехіометричне співвідношення концентрацій
- •Гетерогенні системи
- •Буферні властивості
- •Системи із комплексами
- •6. Розрахунки за балансом реакції
- •6.1. Умови балансу
- •6.2. Прості розрахунки
- •Добуваючи квадратний корінь з обох частин, маємо
- •6.3. Методи розрахунків
- •6.4. Вправи
- •7. Умовні константи рівноваги
- •7.1. Класи реагентів
- •7.2. Умовні константи рівноваги
- •7.3. Умовні константи в розрахунках рівноваг
- •7.4. Графіки залежностей часток та їх логарифмів
- •7.5. Графіки логарифмів умовних констант
- •Параметри графіка залежності
- •7.6. Вправи
- •8. Декілька фаз змінного складу
- •8.1. Розподіл речовини між фазами
- •Відношення об’ємів порцій фаз дорівнює
- •Тангенси кутів нахилу асимптот для логарифма умовної константи екстракції оксинату плюмбуму від pH, приклад 8.4
- •8.2. Іонний обмін
- •8.3. Вправи
- •9. Утворення певної рівноважної концентрації, розчинності або ступеня екстракції
- •9.1. Метод балансу компонентів
- •На кроці 5 (непотрібному для уточнення клд) використовуємо
- •9.2. Метод балансу реакцій
- •9.3. Концентрація реагенту, що забезпечує задані умови для іншої речовини
- •9.4. Відокремлення компонентів Графічний розв’язок цієї проблеми показано на прикладі 3.3. Тут розгляньмо типові розрахункові методи.
- •9.5. Вибір величини умовної константи
- •9.6. Вправи
- •Варіанти завдання для вправи 9.1
- •10. Визначення компонентів. Гравіметрія
- •10.1. Стехіометричні співвідношення у гравіметрії
- •10.2. Розрахунок результату аналізу
- •10.3. Похибки у гравіметрії
- •10.4. Вправи
- •11. Титриметрія: стехіометричні розрахунки
- •11.1. Загальні відомості про титриметрію
- •11.2. Результат кислотно-основного титрування
- •Аліквотне відношення, {Vк/Vп}, безрозмірне, бо величини Vк та Vп виражено у однакових одиницях.
- •Виводячи формулу, маємо (у процентах)
- •11.3. Визначення концентрації розчину титранту за титруванням зразкової речовини
- •Для еквівалентів коефіцієнти вживаємо неявно,
- •Стехіометричний множник 2 приховуємо, застосовуючи еквівалент, (1/2)h2c2o4, або (1/2)h2c2o4·2h2o.
- •11.4. Оцінка наважок та аліквот
- •Бюретці відповідає оптимальна витрата титранту 20 мл, отже nst(oh‑) 2·10‑3 моль, n(н2с4н4о4) nst(oh‑) / 2 1·10‑3 моль.
- •11.5. Окреме визначення декількох аналітів
- •За двома рівняннями,
- •11.6. Зворотне титрування
- •Титруванню надлишку реагенту відповідає реакція
- •Дія 4. Масова частка CaCo3(s) у мінералі дорівнює
- •11.7. Визначення продукту, в який перетворено аналіт
- •Бо при зворотному титруванні здобутий po43‑ знову переходить у hpo42‑. Надлишок реагенту титруємо за реакцією
- •Дія 5. Масова частка p2o5 у мінералі дорівнює
- •11.8. Окисно-відновне титрування
- •11.9. Комплексометричне титрування
- •Дія 4. Масова частка kAl(so4)2 12 h2o у технічному галуні ‑
- •11.10. Вправи
- •Окисно-відновне титрування
- •Комплексонометричне титрування
- •12. Титриметрія: розбіжність точок –стехіометрії та кінцевої
- •12.1. Загальні уявлення
- •12.2. Дослідження титрування безпосередньо за клд
- •12.3. Різні методи титрування
- •12.4. Класи та умовні константи у титруванні
- •12.5. Вибір умов титрування за графіками залежностей логарифмів умовних констант
- •Параметри асимптот для прикладу 12.10
- •Із здм реакції
- •Параметри асимптот графіків (приклад 12.11)
- •Параметри асимптот графіків (приклад 12.12)
- •12.6. Вправи
- •Кислотно-основне титрування
- •Окисно-відновне титрування
- •Комплексонометричне титрування
- •Теоретичні проблеми титрування
- •Цитована література
- •Відповіді до вправ
- •61077, М.Харків, пл. Свободи, 4 Харківський національний університет ім. В.Н. Каразіна, Організаційно-видавничий відділ нмц
1.3. Вправи
Вправа 1.1. Розрахувати молярні концентрації розчинів:
(а) 360 г кристалогідрату AlCl3·6 H2O у 1 л (уживають, визначаючи фторид у польовому шпаті);
(b) 40,2 г кристалогідрату AlCl3·6 H2O розчинили у 20 мл c(HCl) = 6 моль/л і розвели до загального об’єму 1 л (уживають, виявляючи флуорид);
(c) 96 г (NH4)2CO3· H2O розчинили у c(NH3) = 2 моль/л і розвели до загального об’єму 1 л (уживають, осаджуючи II групу катіонів за сірководневою схемою якісного аналізу);
(d) 25 г (NH4)6Mo7O24·4 H2O та порцію 280 мл розчину з c(H2SO4) = 18 моль/л розвели до загального об’єму 1 л (уживають у фотометричному визначенні фосфатної кислоти за Деніже);
(e) 150 г (NH4)6Mo7O24·4 H2O у воді (із доданком амоніаку), загальний об’єм 1 л («молібденова рідина» у визначенні фосфатної кислоти);
(f) 117 г BaCl2·2 H2O у воді, загальний об’єм 1 л (уживають, щоб осаджувати сульфат-іон);
(g) 0,3 г H2N‑NH2· H2O у воді, загальний об’єм 200 мл (уживають у фотометричному визначенні арсену);
(h) 45 г FeCl3·6 H2O розчинили у воді, загальний об’єм 1 л (уживають, щоб осаджувати фосфат-іон в якісному аналізі);
(i) 345,3 г Fe2(SO4)3·(NH4)2SO4·24 H2O та 15 мл розчину із c(HCl) = 12 моль/л розчинили у воді, загальний об’єм 1 л (уживають у фотометричному визначенні фосфатної кислоти);
(j) 55 г MgCl2·6 H2O, 105 г NH4Cl та порцію 350 мл c(NH3) = = 15 моль/л розвели у воді до загального об’єму 1 л («магнезіальна суміш», що осаджує фосфат або арсенат-іон);
(k) 10 г нітропрусиду натрію, Na2{Fe(CN)5NO}·2 H2O, розчинили у воді, загальний об’єм 90 мл (уживають як індикатор у меркурометричному титруванні хлорид-іону);
(l) 100 г SnCl2·2 H2O та 300 мл розчину із c(HCl) = 12 моль/л розвели водою до загального об’єму 1 л (уживають у визначенні W);
(m) 35,5 г H2PtCl6·6 H2O розчинили у воді, загальний об’єм 1 л (уживають, щоб осаджувати K+ та NH4+);
(n) 100 г FeSO4·(NH4)2SO4·6 H2O (солі Мора) та 10 мл розчину із c(H2SO4) = 18 моль/л розвели водою до загального об’єму 1 л (уживають у фотометричному визначенні Si у чавунах).
Вправа 1.2. Обчисліть масові та молярні концентрації розчинів:
Варіант |
Речовина |
Масова частка, w |
Густина розчину, d, г/см3 |
a |
НNО3 |
0,9901 |
1,509 |
b |
НNО3 |
0,5000 |
1,310 |
c |
Н2SО4 |
0,9200 |
1,824 |
d |
Н2SО4 |
0,6200 |
1,520 |
e |
НCl |
0,4000 |
1,198 |
f |
НCl |
0,2039 |
1,100 |
g |
Н3PO4 |
0,4014 |
1,255 |
h |
Н3PO4 |
0,9054 |
1,750 |
i |
НClО4 |
0,7015 |
1,675 |
j |
НClО4 |
0,6300 |
1,580 |
k |
CН3COОH |
0,999 |
1,050 |
l |
CН3COОH |
0,770 |
1,070 |
m |
KОH |
0,3115 |
1,300 |
n |
KОH |
0,2037 |
1,190 |
Вправа 1.3. Які наважки реактивів слід узяти, щоб приготувати 0,5 л розчинів, що вживають, виявляючи неорганічні іони:
(а) с(AgNO3) = 0,1 моль/л; (b) с(Pb(NO3)2) = 0,5 моль/л;
(c) с(Cu(NO3)2 3 H2O) = 1 моль/л; (d) с(CdSO4(8/3) H2O) = 0,5 моль/л; (e) с(BaCl22 H2O) = 0,5 моль/л; (f) с(CaCl26 H2O) = 0,5 моль/л;
(g) с(MgCl26 H2O) = 1 моль/л; (h) с(CH3COONa3 H2O) = 2 моль/л;
(i) с(Cr(NO3)39 H2O) = 1 моль/л; (j) с(NaHC4H4O6H2O) = 0,5 моль/л;
(k) с(K4Fe(CN)63 H2O) = 0,3 моль/л; (l) с(NaNO2) = 2 моль/л;
(m) с(Na2S2O35 H2O) = 0,5 моль/л; (n) с(SnCl4) = 1 моль/л?
Вправа 1.4. Як приготувати розчин об’ємом 200 мл із молярною концентрацією с(Na2CO3) = 0,05 моль/л, якщо в лабораторії є:
(а) сухий карбонат натрію Na2CO3;
(b) кристалогідрат Na2CO3·10Н2О;
(с) розчин із с(Na2CO3) = 1 моль/л;
(d) розчин із масовою часткою Na2CO3 10,21% (зручніше не зважувати розчин, а відмірювати об’єм його порції; за довідником, густина розчину дорівнює d = 1,105 г/см3)?
Вправа 1.5. Як приготувати розчин об’ємом 500 мл із молярною концентрацією с(NaOH) = 6 моль/л, якщо наявні:
(а) насичений розчин гідроксиду натрію, густина якого d = 1,53 г/см3;
(b) розчин із масовою часткою NaOH 40,0%;
(c) розчин із молярною концентрацією c(NaOH) =10 моль/л?
Вправа 1.6. Запишіть рівняння реакції між реагентами А і В. Яким є відношення кількостей речовини реагентів, що взаємодіють у цій реакції?
Варіант |
А |
В |
Варіант |
А |
В |
a |
P |
O2 |
h |
Na2CO3 |
HCl |
b |
Fe2(SO4)3 |
NaOH |
i |
H2C2O4 |
KMnO4 |
c |
Al |
HCl |
j |
FeSO4 |
KMnO4 |
d |
MnO2 |
HCl |
k |
H2S |
O2 |
e |
Сl2 |
KOH |
l |
KІ |
K2Cr2O7 |
f |
Al(OH)3 |
NaOH |
m |
І2 |
Na2S2O3 |
g |
Cu(OH)2 |
NH3 |
n |
Cu |
HNO3, конц. |
Вправа 1.7. Яким є відношення кількостей речовини вихідного реагенту А й продукту В та маса продукту В?
Варіант |
Речовина А |
m(А), г |
Речовина В |
a |
Fe3O4 |
464,0 |
Fe |
b |
Ag2S |
6,200 |
Ag |
c |
CaНPO4 |
620,0 |
Р |
d |
Ca5(ОН)(PO4)3 |
31,0 |
СаО |
e |
Na2B4O7 |
10,10 |
Н3ВО3 |
f |
Al2O3·3H2O |
600,0 |
Al |
g |
Cu2O |
28,80 |
Cu |
h |
Cu5FeS4 |
5,040 |
CuO |
i |
KClO3 |
24,50 |
O2 |
j |
FeS2 |
12,00 |
Fe2O3 |
k |
AgNO3 |
34,00 |
Ag2O |
l |
Na2CO3 |
21,20 |
NaCl |
m |
CaCl2 |
22,20 |
Ca3(PO4)2 |
n |
NaOH |
8,000 |
Na3PO4 |
о |
Ca5(ОН)(PO4)3 |
62,00 |
NH4MgPO4 |